BIPV(건물일체형 태양광 발전기술)의 한계점에 관한 보고서

[이아니]

BIPV(Building-Integrated Photovoltaics: 건물일체형 태양광 발전기술) 태양광 발전기술은 태양광 발전설비를 건물 위에 설치하는 것이 아니라 건물과 하나가 되게 만들어 준다. 다시 말해, 태양광 발전설비를 하나의 주요 구조물로 만들어버리는 기술을 BIPV 태양광 발전기술이라 말하며, 건물 위가 아닌 건물 벽에 붙여서 태양광 발전을 도모하는 기술이다. 뿐만 아니라, BIPV 태양광 발전기술은 실제 일부 건물자재(예, 유리창 또는 지붕 너와 등)들을 대체하고 있다. 건물 외각에 끊어진 사이 없이 통합(부착)할 수 있는 BIPV의 잠재력은 건축가, 건물설치업자. 그리고 부동산 소유주들에게 심미적인 매력을 풍길 수 있다. 그리고 이는 30년 수명을 가지고 있어 가장 매력적인 태양광 발전기술 중 하나로써 각광을 받아왔다. 오늘날, BIPV 태양광 발전기술은 전체 태양광 발전설비 설치비율의 1% 정도만 차지하고 있다. 하지만, 몇몇 분석가들은 이러한 틈새기술들이 앞으로 좋은 시간을 보낼 것이라고 예측하고 있다. 다시 말해, BIPV 태양광 발전기술 역시 향후 전망이 나쁘지 않다는 것이다. 지금부터 적절한 이해관계자들에 의해 BIPV 태양광 발전기술의 잠재력이 설명되지 않는 경우, 발생하는 장애요인들에 대해 설명하고자 한다. 이러한 장애요인들은 BIPV 태양광 발전기술의 밝은 미래를 어둡게 만드는 요인이 될 것이다. 그리고 본 연구에서는 네 개의 카테고리(categories)로 장애요인을 분류하고자 한다: 가격, 성능, 코드(code) 및 표준, 그리고 시장 제한. 가격 하지만, 심미적인 장점 하나만으로는 BIPV 태양광 발전기술을 툼새기술의 범위에서 벗어나게 해줄 수 없을 것이다 - 경제성이 고려되어져야 한다. 일반적으로, BIPV 태양광 발전설비들은 평평한 태양광 발전설비(전통적인 실리콘계 태양전지를 사용하는 태양광 발전설비)보다 높은 비용이 들어간다. 비록 왜 이러한 높은 비용이 들어가는지 명확하지는 않지만 말이다. 사실 활용가능한 BIPV 태양광 발전시장 관련 데이터가 너무나 부족하기 때문에 그 원인을 알 수 없는 경우도 존재한다. 다음은 이러한 가격차이를 설명할 수 있는 요인 리스트(list)를 설명하고 있다: * BIPV 태양광 발전설비들은 매우 독특한 기능을 가지고 있으며, 그러한 기능에 대한 프리미엄(premium)을 지불해야하기 때문에 더 많은 비용이 들어갈 수 밖에 없다는 고객들의 인식. * 제품 및 서비스를 위한 공급망 문제들(예, 유통망 설립에 대한 어려움 그로 인한 시장에서의 제품수급의 어려움 발생). * BIPV 태양광 모듈(modules)은 추가적인 물질들이 포함되어 있음(접착제 및 구조(틀)와 방수 관련 물질). * Greentech Media 보고서에 따르면, BIPV 태양광 발전설비 설치를 위한 특별한 건축 설계, 공학 설계, 그리고 설치 등으로부터 추가적인 노동비용이 발생. BIPV 가격이 시장 및 적용대상(예, BIPV 태양광 모듈에 맞는 구조설계)에 따라 변동이 심하다는 것은 매우 중요한 고려사항이다. 그리고 가격결정은 태양광 발전시장에서 성공을 거둘 수 있는 매우 중요한 요인이다. 기록적으로 높은 가격에도 불구하고, BIPV 태양광 발전설비는 전통적인 건축자재의 대체 그리고 락마운팅(rack-mounting: (1) 장치를 지지하는 금속 패널이 탭을 낸 수직의 홈레일 또는 랙에 고정되는 전기장치 장가(裝架)방법. (2) 금속상자 내부에 수직의 레일 또는 랙이 부착되어 있는 것. (3) 패널에 상자모양의 뚜껑을 씌워 전기장치를 보호하는 가구조)용 하드웨어(hardware) 체계 등을 통해 건축과정(설치과정)에서 발생하는 가치로 높은 가격의 단점을 상쇄하게 된다. 하지만, 최근 BIPV 태양광 발전기술과 관련한 미재생에너지연구소 보고서에서 과거 시장 경험들이 이러한 비용감소를 인정하는 것이 매우 어려운 일임을 제안하고 있다. 그리고 설치비용 측면에서 많은 비용감소(약 5%) 없이는 BIPV 태양광 발전기술의 에너지 생산 비용은 전통적인 평평한 태양광 발전설비의 경쟁력에 다가설 수 없다. 즉, 전통적인 태양광 발전설비와 경쟁이 되지 않는다는 것이다. 성능 BIPV 태양광 발전설비의 에너지 비용을 측정할 때 반드시 고려되어져야 하는 변인에는 성능도 존재한다. 설치 초기에 BIPV 태양광 모듈은 높은 작동온도(소자 또는 장치가 작동할 수 있는 주위 온도)를 경험하게 될 것이다. 왜냐하면, 락마운팅 된 태양광 발전설비와는 달리 BIPV 태양광 발전설비는 건물 표면과 같은 높이에 있기 때문이다. 그리고 모듈과 태양광 모듈이 설치되는 주요 구조 사이에 어떠한 공기흐름도 허락하지 않기 때문이다. 높은 작동온도는 BIPV 태양광 모듈의 반도체 물질의 성능을 저하시킬 것이다. 그리고 성능이 저하된 반도체 물질들은 빠르게 전환효율(빛을 전기를 전환하는 효율)을 빠르게 감소시키고 초기 실패율을 상승시키는 결과를 초래할 것이다. 몇몇 태양광 모듈을 구성하는 물질들 - 예를 들어, 유연한 형태 요인을 가지고 있는 그로 인해 잠재적이지만 높은 통합 잠재력을 가지고 있는 비결정형 실리콘 - 은 다른 물질들에 비해 열적으로 촉진된 성능 저하에 쉽게 영향을 받게 된다. 뿐만 아니라, 박막필름 태양전지 및 유연한 태양광 발전기술과 같은 통합 잠재력(적용대상에 설치가 매우 용이하고 결합정도가 높음)이 높은 태양광 모듈 물질들은 일반적으로 초기 설치 당시에는 낮은 효율성을 지니게 된다. 그리고 이는 높은 에너지 비용을 초래하는 원인으로 기능할 수 있다. 끝으로 BIPV 태양광 모듈은 전형적으로 전통적인 태양광 모듈에 비해 반도체성 물질들을 적게 포함하고 있기 때문에 BIPV 태양광 발전설비는 같은 크기의 전통적 태양광 발전설비에 비해 전력생산이 적을 수 밖에 없다. 그리고 비록 BIPV 태양광 발전기술이 태양광 발전설비를 설치할 수 있는 건물의 공간은 증가시킬 수 있을지 모르지만(예, 전통적인 태양광 발전설비는 지붕에만 설치를 하지만 BIPV 태양광 발전설비는 건물 외곽 모두에 설치가 가능), 이러한 비수직형 표면에 차선의 각도에서 받는 복사량은 같은 크기의 전통적 태양광 발전설비가 생산할 수 있는 발전량보다 현저히 떨어질 수 있다. 즉, 햇빛을 받는 각이 좋지 않아 많은 양의 햇빛을 받기가 어렵고 그로 인해 발전량 역시 줄어들게 된다는 것이다. 코드와 표준 BIPV 태양광 모듈은 두 가지 기능을 동시에 하고 있기 때문에 두 가지 구별된 산업들(태양광 발전산업과 건축산업)의 코드와 표준을 만들어야만 한다. 현재, 태양광 모듈(BIPV 태양광 모듈 포함)은 IEC(International Electrotechnical Commission: 국제전기표준회의) 표준과 UL(Underwriters Laboratory: 국제 안전규격 인증기관) 표준을 따르고 있다. 그리고 그 인증을 따야만 한다. 하지만, BIPV 태양광 발전기술은 구조적 구성요소와 같은 추가적인 인증을 충족할 필요가 있을 것이다. 그리고 이는 시장성장을 위한 핸디캡(handicap)으로 작용할 것이다. 예를 들어, ICC(International Code Council: 국제 코드 위원회)는 안정성, 바람의 저항, 내구성, 그리고 화재 안전성과 관련하여 지붕에 영향을 주는 지붕 자재처럼 BIPV 태양광 발전설비를 위한 표준항목들을 만들어왔다. ICC 표준은 워싱턴 D.C.(Washington D.C.)와 50개 주정부 모두가 채택하고 있는 매우 널리 보급된 IBC(International Building Codes: 국제 건축 코드) 코드이다. 심지어 측정표준처럼 매우 간단한 것들 역시 BIPV 태양광 발전설비 설치를 복잡하게 만들 수 있다. 건축산업은 한 건물당 평방미터라는 면적을 사용한다 - 이는 면적을 의미한다. 그리고 태양광 발전산업은 한 발전설비당 와트(watt)라는 지수를 사용한다 - 이는 발전설비의 전기산출물 용량을 의미한다. 만일 이러한 부적합성이 풀리지 않은 채 남아있게 된다면, 건물거래에 있어 BIPV 설치업체들을 몇 가지 머리 아픈 일을 만들게 될 것이다. 현재, BIPV 태양광 발전기술은 태양광 발전산업과 건축산업 모두에 다루기 정말 어려운 발판을 유지하고 있다. 다시 말해, BIPV 태양광 발전기술의 성장을 위해서는 태양광 발전산업과 건축산업 모두에 중용될 수 있는 통합된 일련의 표준 및 코드가 개발되어야 한다. 제조 및 건축과정에 대한 명확한 가이드라인(guideline)를 통해 중용이 될 수 있는 통합된 표준 및 코드의 개발은 BIPV 태양광 발전산업의 성장을 촉진할 수 있는 주요요인으로 기능하게 될 것이다. 시장 제한 전통적인 평평한 전지를 사용하는 태양광 발전기술 - 하나의 적용대상에서 다른 적용대상에 설치하고 있기 때문에 모듈설계가 다양하지 않음 - 과는 달리 BIPV 제조업체들의 제품들은 퍼사드(facade) 형태(예, 지붕 너와, 창문, 그리고 차양막)에 따라 매우 다양하다. 반대로 BIPV 태양광 발전기술의 맞춤형 설계에 대한 강조는 시장확장성을 방해하는 요인으로 기능하게 된다. BIPV 태양광 발전기술이 공공서비스 기관 규모의 지상설치용 태양광 발전설비와 경쟁을 하기 어렵다는 사실, 즉 BIPV 태양광 발전기술은 거주용 및 상업용 건물에만 설치가 가능하다는 단점은 BIPV 태양광 발전시장의 확장을 막는 또 하나의 장애요인이다. 일종의 자본집적화, 규모의 경제, 그리고 제조 및 설치 규모 확대를 유발할 수 있는 학습곡선과정 없이는 BIPV 태양광 발전기술은 시장성장 촉진의 전제요인인 비용절감을 현실화시킬 수 없다.
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